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Gemeinsam im Notfallschutz: FZI und KHG üben Testeinsätze mit heterogenen Multi-Roboter-Teams

Das FZI Forschungszentrum Informatik plant aktuell ein ROBDEKON-Pilotprojekt zum Notfallschutz in kerntechnischen Anlagen. Mit der Notfallschutz-Organisation KHG Kerntechnische Hilfsdienst GmbH wird dafür eine realitätsnahe Mission auf Basis denkbarer Unfälle in kerntechnischen Anlagen definiert. Ein möglichst intuitiv steuerbares Multi-Roboter-Team soll dann dabei helfen, die Gefahren einzudämmen und die Notfallsituation zu meistern.

Heterogene Roboter-Teams für komplexe Einsätze

Während einzelne Roboter mit neuen Sensoren und Aktoren immer leistungsfähiger werden, wird zunehmend deutlich, dass es keine 'one size fits all'-Lösung geben kann. Um komplexe Aufgaben zu bewältigen, sind deshalb heterogene Roboterteams zu einem wichtigen Forschungsschwerpunkt geworden. In der Umsetzung unserer Mission bringt dies diverse Herausforderungen mit sich:.

  • bei der Bergung von Objekten (speziell die robuste mobile Manipulation und die Verteilung von Aufgaben im Multi-Roboter-Team),
  • beim Erkennen neuer Gefahrstoffe (speziell das Einlernen neuer Gegenstände mittels KI) sowie
  • bei der Interaktion mit dem Menschen (speziell die Visualisierung des Lagebilds, die intuitive Teleoperation sowie Assistenzfunktionen).

Intuitivere Bedienung dank 6D-Maus und Behavior Tree

In Bezug auf die Teleoperation ist am FZI Forschungszentrum Informatik ein Ansatz in Entwicklung, bei dem mittels einer 6D-Maus Greifprozesse von Robotern aus der Ferne steuerbar sind. Damit einhergehend wurde auch die Software-Weiterentwicklung von ROS (Robot Operating System) zu ROS 2 vorangetrieben, wodurch zwei neue ROS 2-basierte Entwicklungen auf GitHub veröffentlicht werden konnten: Für die 3D-Navigationsplanung der Roboter wurde das VDB Mapping Framework für ROS 2 weiterentwickelt und für die Missionssteuerung wurde die FZI-eigene Behavior Tree Bibliothek etabliert.

Die Behavior Tree Bibliothek kommt zum Einsatz, wenn heterogene Roboterteams in einem dynamischen Umfeld zusammenarbeiten sollen. Das System verringert die Komplexität, indem es dem Benutzer erlaubt, Missionen mithilfe des Behavior Trees zu spezifizieren und dem Roboterteam während des Einsatzes dynamisch zuzuweisen. Dabei werden die Fähigkeiten jedes einzelnen Roboters berücksichtigt, was die Gesamtqualität der Missionsausführung verbessert und gleichzeitig fehlerhafte Zuweisungen verhindert.

Laufroboter ANYmal auf der Suche nach Gefahrstoffen. © FZI Forschungszentrum Informatik
Roboterplattform Husky demonstriert die mobile Manipulation in einem Kernkraftwerk. © FZI Forschungszentrum Informatik
Laufroboter Spot bei der Inspektion eines Kernkraftwerks. © FZI Forschungszentrum Informatik

Testergebnisse mit drei heterogenen Robotern haben gezeigt, dass dies die Gesamteffektivität eines Teams erhöht und gleichzeitig die Bedienung intuitiver macht. Mit Blick auf reale Einsätze ist eine hohe Nutzerfreundlichkeit zur Bedienung der Systeme von großer Bedeutung. Im Ernstfall müssen zudem Personen ohne robotische Schulungen, beispielsweise Anlagenbetreiber, verschiedene robotische Karten und Darstellungen intuitiv verstehen.

In dem geplanten Pilotprojekt sollen sie nun erstmals gemeinsam mit der KHG in realitätsnaher Einsatzumgebung erprobt und die Ergebnisse bewertet werden. Insgesamt erhöhen diese Entwicklungen durch das Pilotszenario den Technologiereifegrad und die Praxistauglichkeit der ROBDEKON-Lösungen.